智能儀器課程設計報告書

word專業(yè)整理―淮海工學院―課程設計報告書課程名稱： 智能儀器課程設計題目： 智能多點溫度計系（院）： 電子工程學院學期：2014-2015-2專業(yè)班級：姓名： 學號： 學習資料整理分享word專業(yè)整理智能多點溫度計摘要本文介紹了基于DS18B20和AT89C51的多點溫度測量的方法和原理，利用DSI8B20單總線溫度傳感器和單片機與其它外圍設備結合在一起實現溫度的測量和顯示。該設計主要分為以下三大部分：硬件設計、軟件設計和整個系統(tǒng)的調試與實現。其中硬件設計主要是由proteus軟件進行電路的設計與仿真；軟件設計采用C語言編寫實現。采用該解決方案，實現了基于DS18B20進行的各項軟硬件的設計、調試和處理，實現了多點溫度測量和顯示。關鍵詞：溫度測量；硬件；軟件；溫度傳感器DS18B20學習資料整理分享word專業(yè)整理1緒論本章主要討論本課題研究的現狀及意義，設計選用的主要元器件簡介及系統(tǒng)DS18B20引腳詳細說明的設計及實現方案。概述課題研究的現狀及意義在實際工業(yè)生產及日常生活中，為了避免局部的溫度過高或過低，需要對某個空間內多個點的溫度進行監(jiān)測，如在糧庫測溫系統(tǒng)、智能建筑自控系統(tǒng)、冷庫測溫系統(tǒng)、中央空調系統(tǒng)等多種系統(tǒng)中都需要多點溫度測量。為了改善監(jiān)測人員的工作條件，監(jiān)測人員一般需要遠離監(jiān)測對象。因此，多點溫度遠程監(jiān)測在實際生產中具有重要的應用價值。DS18B20溫度傳感器簡介DS18B20是Dallas半導體公司的數字化溫度傳感器，DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。它的測溫范圍為-55?+125℃,并且在-10?+85℃精度為±0.5℃。除此之外，DS18B20能直接從單線通訊線上汲取能量，除去了對外部電源的需求。每個DS18B20都有一個獨特的64位序列號，從而允許多只DS18B20同時連在一根單線總線上；因此，很簡單就可以用一個微控制器去控制很多覆蓋在一大片區(qū)域的DS18B20。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和控制等方面非常有用。圖1.1是DS18B20的引腳排列，表1.1是DS18B20的引腳說明，圖1.2是DS18B20的方框圖。64位只讀存儲器儲存器件的唯一片序列號。高速暫存器含有兩個字節(jié)的溫度寄存器，這兩個寄存器用來存儲溫度傳感器輸出的數據。除此之外，高速暫存器提供一個直接的溫度報警值寄存器（訃和TL）,和一個字節(jié)的的配置寄存器。配置寄存器允許用戶將溫度的精度設定為9,10,11或12位。TH,TL和配置寄存器是非易失性的可擦除程序寄存器（EEPROM）,所以存儲的數據在器件掉電時不會消失。因為DALLAS公司生產的溫度傳感器DS18B20具有單總線傳輸、接線簡單、精度高、價格低等優(yōu)點，所以本設計決定選用數支溫度傳感器DS18B20實現多點溫度的測量。學習資料整理分享

word專業(yè)整理8引腳SOIC封裝*T0-92封裝符號說明51GND接地。42DQ數據輸入/輸出引腳。對于單線操作：漏極開路。當工作在寄生電源模式時用來提供電源。33VDD可選的VDD引腳。工作于寄生電源模式時VDD必須接地。*所有表中未提及的腳均都無連接。表1.1溫度傳感器DS18B20引腳說明表圖1.1 溫度傳感器DS18B20引腳排列DQ64位ROM和單總線端口DS18B20存儲器和控制邏輯TDQ64位ROM和單總線端口DS18B20存儲器和控制邏輯T溫度傳感菽］T上限觸發(fā)TH下限觸發(fā)丁T高速暫存嘉""+H8位CRC產生器圖1.2溫度傳感器^S18B20方框圖111(DS18B20Z)整理分享word專業(yè)整理以單片機接口原理，DS18B20芯片功能與接口設計等理論知識為基礎，設計出完整的系統(tǒng)原理圖。根據原理圖，將硬件系統(tǒng)資源通過proteus仿真。根據系統(tǒng)功能，設計編寫固件程序，下載后進行調試，通過DS18B20及LED顯示正常工作實現系統(tǒng)的多點溫度測量。本課題涉及的理論知識主要是DS18B20多點溫度測量原理及LED顯示原理，重點在于硬件設計，難點在于編程和整機的調試。經過論證，在實現設計要求的前提下，控制器選取AT89C51；而且這款單片機支持在線編程，通過串口下載程序，這給程序的下載和使用帶來方便。電路設計采用proteus，程序設計采用C語言進行編程，軟件仿真采用KeiluVison4。系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示。它主要由四部分組成：圖1.3系統(tǒng)的組成框圖1.3預期結果通過硬件電路的設計和軟件程序的編寫實現以下功能：1、完成硬件電路的設計，讓整個系統(tǒng)供電正常；2、完成軟件程序的編寫，單片機能獨立控制電路板上元件工作；3、通過系統(tǒng)硬件與軟件的調試，所有DS18B20能正常測量環(huán)境溫度，LED能正確顯示各點溫度；4、利用C語言編程實現對單片機硬件的操作，培養(yǎng)在此方面工程開發(fā)的能力。2硬件電路設計本設計的硬件電路設計分為單片機驅動電路設計、溫度顯示模塊電路設計、學習資料整理分享

word專業(yè)整理溫度測量模塊電路設計及溫度報警電路設計。單片機驅動電路是單片機正常運作的條件，即單片機最小系統(tǒng)。溫度顯示模塊是本系統(tǒng)設計的顯示裝置，可以選擇數碼管或者液晶顯示屏作為顯示裝置，本設計采用的是LED作為顯示裝置。各模塊的具體電路設計請看下文。單片機驅動電路設計單片機能正常工作，必須要有它的驅動電路，即單片機最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)主要包括其供電系統(tǒng)，時鐘電路和復位電路。本系統(tǒng)單片機的復位電路采用手動復位。單片機驅動電路設計如圖2.1所示。U1P37/inrp-|7P3.GfiTm：P1后U1P37/inrp-|7P3.GfiTm：P1后P11￡P3*rroF1.p13IUF1Np三irrxupiiP3.CTRXDp1￡]PZ.Ti'AlSPZ.G'h.UPZSA13用PZ^A11，忌EHPZ2i'h.1QPZ.Ii'hSPZD'hZpnD7HRTPDS'ADSPD.^AD+P口少D3：：Tfi.L2Pn2i'AD2PD.VAD1PDIVADD：：＜TAL1iE76S+321圖2.1單片機驅動電路設計溫度測量模塊電路設計前面介紹到，溫度傳感器DS18B20的供電電路有兩種接法，一種是DS18B20通過從VDD引腳接入一個外部電源供電，另一種是VDD引腳接地，工作于寄生電源模式，該模式允許DS18B20工作于無外部電源需求狀態(tài)。寄生電源在進行遠距離測溫時是非常有用的。然而，當DS18B20正在執(zhí)行溫度轉換或從高速暫存器向EPPROM傳送數據時，工作電流可能高達1.5mA。這個電流可能會引起連接單總線的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這需要更大的電流，而此時Cpp無法提供。為學習資料整理分享

word專業(yè)整理了保證DS18B20由充足的供電，當進行溫度轉換或拷貝數據到EEPROM操作時，必須給單總線提供一個強上拉。在發(fā)出溫度轉換指令［44h］或拷貝暫存器指令［48h］之后，必須在至多10us之內把單總線轉換到強上拉，并且在溫度轉換時序(tconv)或拷貝數據時序(ter=10ms)必須一直保持為強上拉狀態(tài)。當強上拉狀態(tài)保持時，不允許有其它的動作。當溫度高于100℃時，DS18B20在這種溫度下表現出的漏電流比較大，使用寄生電源，通訊可能無法進行。因此，本設計選擇DS18B20傳統(tǒng)供電模式的電路接法，從VDD引腳接入一個外部電源，這樣做的好處是單總線上不需要強上拉，而且總線不用在溫度轉換期間總保持高電平。溫度傳感器DS18B20內部均有一個獨立的64位序列號，單片機通過序列號可以對一條總線上的多支DS18B20進行控制，讀取它們的溫度。但要完成這個操作，軟件設計比較復雜，同時存在一個缺點就是速度太慢。無法適用于一些實時性要求高的測溫場合。所以本設計采取一種利用單片機的并口，同步快速讀取4支DS18B20的方法。本系統(tǒng)的溫度測量模塊電路設計如圖2.2所示，接線電路具體說明如下：四支溫度傳感器DS18B20的第1腳接地；四支溫度傳感器DS18B20的第2腳分別串聯一個10kQ的電阻；四支溫度傳感器DS18B20的第2腳分別接單片機的P2.0?P2.3口；四支溫度傳感器DS18B20的第2腳及第3腳t-s-fFP3T/rnyP1TF3J&V0P.t-s-fFP3T/rnyP1TF3J&V0P.PIEp31snpi.P3.4noP1.4-P3^nrrrP1Jpi2iTFmP1ZP3.irD?P1.1P3H'Hj：npwPZ.T^H.S屋口必PZS'H.GRPZ.^'H.EALEP23h.11FZ.KJBpzn'.iEPF!PFTP口可gF口與AMPD.il'HliipozyaihIfTftpn^Hicpn.^Hinpnu'HinXTRUd圖2.3系統(tǒng)溫度測量模塊電路設計系統(tǒng)硬件電路設計圖學習資料整理分享

word專業(yè)整理由DS18B20和單片機AT89C51以及相關外圍電路組成的高精度、多點溫度測量系統(tǒng)的電路設計如圖2.3所示。P3.7i'RtrpzaME：P3￡|T1FZ3&TO叮M'TffTTP32i'TKTnP3.1fTXDP3IVRXDP2.7^15PZJ9AUPNMA口PZ^A12FZ3fA11PZ^AWPZ1/A9pzh'heP3.7i'RtrpzaME：P3￡|T1FZ3&TO叮M'TffTTP32i'TKTnP3.1fTXDP3IVRXDP2.7^15PZJ9AUPNMA口PZ^A12FZ3fA11PZ^AWPZ1/A9pzh'hePD.7/AD7P□.&'.?[i5PnS'ADSPD.^AD+pna'H.oiPD2i'AD2Pn.VADIpnn'H.onF.E：TXTAL2XTAL1.圖2.3系統(tǒng)的硬件電路設計小結本章介紹了系統(tǒng)硬件電路設計的方法，根據課題需求，重點討論了DS18B20芯片在多點測量溫度時與單片機的接法。外圍硬件資源根據框圖設計出實驗電路圖，這些電路是做出系統(tǒng)電路板及軟件能夠正確運行的基礎。3軟件程序設計及調試3.1系統(tǒng)軟件程序設計學習資料整理分享

word專業(yè)整理圖3.1系統(tǒng)主程序執(zhí)行流程圖主程序執(zhí)行流程如圖3.1所示，主程序先對各DS18B2O及LED進行初始化，然后重復調用DS18B20的寫命令和讀數據模塊，最后將數據處理后送LED顯示.4結論本課題將多個DS18B20和AT89C51單片機相結合實現了多點溫度測量。對于單片機的獨立控制外設而言，在技術上難度不大，所以，本文沒有重點介紹，然而，多點溫度測量技術，本文結合接口芯片DS18B20用很大的篇幅進行介紹固件編程直接使用單片機的C語言，在速度上相對于單片機的匯編語言而言學習資料整理分享word專業(yè)整理比較慢，但是具有很好的可讀性。在多點溫度測量應用范圍越來越寬的今天，只有掌握了固件程序的編寫，才可能開發(fā)出一個好多點溫度測量系統(tǒng)。在多個DS18B20與單片機的通信中，通過I/O并口傳輸，能快速測量多點溫度，并循環(huán)顯示到LED上。從結果來看，依據DS18B20單總線協議和單片機的應用知識，本次實驗成功地實現了基于DS18B20的多點溫度測量系統(tǒng)的功能，并開發(fā)了其溫度差顯示功能，如果有需要，想